液壓傳動工學院機械工程系hydraulictransmission22023/1/14常用網址：http://

中國液壓氣動密封工業(yè)網

愛液壓論壇

中國機械CAD論壇/newskl/浙大流體動力重點實驗室參考書：《液壓與氣壓傳動》（第4版）左鍵民機工版《液壓元件與系統(tǒng)》（第3版）李壯云機工版專業(yè)期刊：《機床與液壓》、《液壓與氣動》考核方法：期末考試65%+平時（考勤、作業(yè)、實驗等）35%課程性質：機械類專業(yè)必修的專業(yè)基礎課。是研究以液體作為傳動介質來實現各種機械傳動和控制的一門學科，是當代先進科學技術之一,滲透在各種工業(yè)設備中,是科學實踐研究,自動化生產的有機組成部分。是機械工程技術人員必須掌握、不可缺少的基礎技術知識。32023/1/14課程教學的目的：了解和掌握液壓傳動技術的基本知識，典型液壓元件的結構特點和工作原理；掌握液壓基本回路的組成，典型液壓傳動系統(tǒng)的工作原理；液壓傳動系統(tǒng)的設計計算及其在工程實際中的應用等；掌握必要的實驗技能和一定的分析和解決問題的實際能力，為從事機械設計制造、自動化及使用維修方面的工作打下堅實的基礎。42023/1/1452023/1/1462023/1/14緒論液壓傳動的定義液壓傳動的工作原理液壓傳動的組成液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的應用和發(fā)展72023/1/141.液壓傳動的定義機器組成：原動機：電動機、內燃機等傳動機構工作機（直接工作部分）：車床的刀架、車刀、卡盤等傳動機構分為：機械傳動：如齒輪傳動電氣傳動：（電氣控制技術）流體傳動82023/1/14流體傳動：以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。液體傳動氣體傳動液體傳動：液體為工作介質液力傳動：利用液體動能液壓傳動（Hydraulics）

：利用液體壓力能工作特性（兩個）壓力取決于負載（與流入的流體多少無關）速度取決于流量（與流體壓力大小無關）92023/1/14液壓傳動定義：液壓傳動（Hydraulics）是以液體為工作介質，通過驅動裝置將原動機的機械能轉換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制及調節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載實現直線或回轉運動。102023/1/14為什么要用液壓傳動呢？

將能量從機械能轉換為液壓能，而后又將液壓能轉換為液壓能，何必多此一舉呢？

幾乎所有的機械或機器都需要傳動機構。這因為原動機一般很難直接滿足執(zhí)行機構在速度、力、轉矩或運動方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)——傳動裝置進行調節(jié)控制。液壓傳動就是這種調節(jié)控制方式中的一種。112023/1/142.液壓傳動的工作原理液壓千斤頂122023/1/14原理圖及簡化模型132023/1/14力比例關系：p=F1/A1=W/A2

或

W/F1=A2/A1

壓力取決于外負載（物理學上稱為壓強）運動關系：v2/v1=A1/A2

Ah/t

流量

A1v1=A2v2

v=q/A

活塞的運動速度取決于進入液壓缸的流量功率關系：P=pA1v1=pA2v2=pq142023/1/14注塑機152023/1/14162023/1/143.液壓傳動系統(tǒng)的組成172023/1/14液壓傳動系統(tǒng)的組成：動力元件：機械能→壓力能

液壓泵執(zhí)行元件：壓力能→機械能

液壓缸、液壓馬達控制調節(jié)元件：各種液壓閥輔助元件：除以上三種以外的其他裝置油箱、濾油器、蓄能器等傳動介質：液壓油

182023/1/144.液壓傳動的特點優(yōu)點:能方便地進行無級調速，且調速范圍大。功率質量比大。調節(jié)、控制簡單，方便，省力，易實現自動化控制和過載保護。因傳動介質為油液，故液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命長。液壓元件實現了標準化、系列化，便于設計、制造和推廣使用。192023/1/144.液壓傳動的優(yōu)缺點缺點：漏：有壓力，泄漏。不宜用在傳動比要求較嚴格的場合。振：液壓沖擊和空穴。熱：機械摩擦、壓力損失、泄漏損失，油液發(fā)熱、總效率降低。不宜用于遠距離傳動。液壓傳動的性能對溫度較敏感，不宜在高溫、低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染較敏感，要求有良好的過濾設施。系統(tǒng)出故障時不易查找原因，不易迅速排除故障。202023/1/145.液壓傳動的應用和發(fā)展應用：工程機械：挖掘機、推土機、裝載機機床工業(yè)：組合機床、鍛壓機床農業(yè)機械：拖拉機、收割機汽車工業(yè)：汽車、摩托車冶金機械：軋鋼機、高爐塑料機械：注塑機灌裝機械：食品包裝機、化肥包裝機其他212023/1/14222023/1/14232023/1/14242023/1/14機械手壓力機折彎機252023/1/14262023/1/14發(fā)展概況：17世紀中葉：靜壓原理18世紀末：英國第一臺水壓機19世紀末：德國液壓龍門刨床20世紀30年代：通用機床液壓傳動20世紀60年代以來:液壓技術得到很大的發(fā)展272023/1/14發(fā)展趨勢：減少能耗、泄漏控制、污染控制、主動維護液壓CAD技術新材料新工藝的應用機電一體化282023/1/14我國的發(fā)展現狀：機械工業(yè)振興發(fā)展的重點行業(yè)之一。據統(tǒng)計,國外生產的95%的工程機械、90%的數控加工中心、95%的自動生產線,都采用了液壓與氣動技術,其水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。門類比較齊全、有相當競爭實力、初具生產規(guī)模的工業(yè)體系（液壓行業(yè)總產值是世界第六，氣動行業(yè)世界第十）全國行業(yè)企業(yè)約1300多個，2007年已達到300億元,到2011年達到436.20億元以上。（農業(yè)機械需求量有很大增長；機床、塑料機械等的需求量有較大增長）液壓行業(yè)人均產值：美國（8萬人、10.6萬美元）日本（12.4萬人、19.7萬美元）中國（7.5萬人、0.45萬美元）勞動生產率：為日本的1/60，德國的1/40液壓元件品種：70種，3500個規(guī)格，為美國的1/3~1/5292023/1/14302023/1/14第一章液壓傳動基礎知識1.1液壓傳動工作介質1.2液體靜力學1.3液體動力學1.4定常管流的壓力損失計算1.5孔口和縫隙流動1.6空穴現象1.7液壓沖擊312023/1/141.1液壓傳動工作介質322023/1/141.工作介質的性質密度(ρ)：單位體積液體的質量

ρ=m/V

標準密度ρ20：我國采用20°C時的密度;一般液壓油的密度為900kg/m3可壓縮性：

體積壓縮系數κ：單位壓力變化下的體積相對變化量

體積彈性模量K：k=1/κ(是鋼的1/100~1/150)粘性定義：液體在外力作用下流動(或有流動趨勢)時，分子間的內聚力要阻止分子相對運動而產生的一種內摩擦力，這種現象叫做液體的粘性。332023/1/14粘性示意圖：Ft=μAdu/dz

牛頓內摩擦定律：

τ=Ft/A=μdu/dz342023/1/14液體粘性的衡量指標：動力粘度（μ）：μ=F/A×du/dy

單位速度梯度下流動時單位面積上產生的內摩擦力

單位：(SI制)Pa·s(CGS制)P(dyne·s/cm2)cP1Pa·s=10P=103cP運動粘度（υ）：υ=μ/ρ

無明顯的物理意義

，為方便而引入

單位：（SI制)m2/s(CGS制)St(cm2/s)cSt1m2/s=104St=106cSt=106mm2/s

液壓油的牌號:以這種液壓油在40oC時運動粘度υ的中心值來命名的.如：L-HL22（υ為22mm2/s）相對粘度（oEt

）oEt=t油/t水無量綱352023/1/14362023/1/14粘性與壓力的關系：一般而言，壓力增大，粘度增大；壓力減小，粘度減小，高壓時影響顯著。（壓力低于5MPa時其粘度的變化可以忽略不計）粘性與溫度的關系:溫度升高，粘度減??；溫度降低，粘度增大。此變化率的大小直接影響工作介質的使用，其重要性不亞于粘度本身粘溫特性:溫度變化時粘度變化的幅度小，則說明有良好的粘溫特性372023/1/14粘性與溫度的關系:382023/1/142.對液壓傳動工作介質的要求：合適的粘度，較好的粘溫特性良好的潤滑性能；質地純凈，雜質少無腐蝕性對熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性抗乳化性好3.工作介質的分類和選用分類：石油型、乳化液、合成型選用：根據液壓泵來確定工作介質的粘度392023/1/14粘度選擇的總原則：高壓、高溫、低速情況下，應選用粘度較大的液壓油，主要考慮泄漏的影響；低壓、低溫、高速情況下，應選用較低粘度的液壓油，主要考慮內摩擦阻力的影響。402023/1/14412023/1/144.液壓系統(tǒng)的污染控制污染的根源:

被污染的新油；殘留污染；侵入污染；生成污染污染引起的危害：

影響系統(tǒng)性能和壽命；元件失效污染的測定：稱重法；顆粒計數法污染度的等級：

我國GB/T14039-93；美國NAS1638工作介質的污染控制：

清洗；密封；過濾；控制溫度；定期檢查、更換422023/1/141.2液體靜力學1.液體靜力學及其特性作用于液體上的力分類：質量力、表面力應力分為：法向和切向靜壓力：靜止液體內某點處單位面積上所受到的法向力。p=F/A靜壓力特性：液體靜壓力的方向總是作用面的內法線方向。靜止液體內任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。單位面積上的表面力432023/1/142.液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程p=po+ρgh442023/1/14能量守恒（壓力能和位能之和不變）基本方程的物理意義：452023/1/143.壓力的表示方法及單位絕對壓力：以絕對真空作為基準相對壓力：以大氣壓力作為基準。又稱表壓力

絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度=大氣壓力—絕對壓力壓力單位：法定單位：帕斯卡（帕Pa）工程上用兆帕（MPa）462023/1/14例:密閉容器中裝水面高h=0.4m,上部充滿壓力為p的氣體,液柱高H＝1m,其上端與大氣相通,問容器中氣體絕對壓力為多少?相對壓力為多少?解：容器底部是個等壓面，所以氣體的絕對壓力氣體的相對壓力472023/1/144.帕斯卡原理內容:在密閉的容器內的靜止液體中，若某點的壓力發(fā)生了變化，則該變化值將等值同時地傳到液體內所有各點。應用：體現在液壓元件的工作原理上。力的放大482023/1/145.液體靜壓力對固體壁面的作用力壁面為平面:F=pA=pπD2/4壁面為曲面：一般將總力分解成水平和垂直方向的兩個分力來研究492023/1/141.3液體動力學1.基本概念理想液體：無粘性且不可壓縮的液體定常流動：液體中任一點的壓力、速度和密度不隨時間而變化跡線：流場中質點在一段時間內運動的軌跡線。流線：流場中質點在某一瞬間運動狀態(tài)的一條空間曲線。在該線上各點的液體質點的速度方向與曲線在該點的切線方向重合。在定常流動時，因流線形狀不隨時間而改變，所以流線與跡線重合。502023/1/14流管：某一瞬時t在流場中畫一封閉曲線，經過曲線的每一點作流線，由這些流線組成的表面。流束：充滿在流管內的流線的總體。通流截面：垂直于流束的截面。512023/1/14流量和平均流速流量(q)：單位時間內通過某通流截面的液體的體積。平均流速(v)：液流質點在單位時間內流過的距離。

v=q/A質量流量(qm):流過其截面的液體質量流動液體的壓力壓力在各個方向上的數值可以看作是相等的522023/1/142.連續(xù)性方程（質量守恒定律）

q1=q2v1A1=v2A2通過流管任一截面的流量相等。當流量一定時，流速和通流截面面積成反比。微小流束流管根據質量守恒定律，在dt時間內流入此微小流束的質量應等于從此微小流束流出的質量532023/1/143.伯努利方程（能量守恒定律）理想液體的運動微分方程：壓力梯度加速度歐拉方程542023/1/14理想液體的伯努利方程：將上式積分得：理想液體微小流束伯努利方程

p/ρ+gz+u2/2=常數

或

p1/ρg+z1+u12/2g=p2/ρg+z2+u22/2g任意截面處液體總能量由壓力能、位能和動能組成實際液體流束的伯努利方程：

hw：因粘性而消耗的能量552023/1/14實際液體總流的伯努利方程：2023/1/14應用伯努利方程計算時：選取的通流截面必須是漸變面（流線幾乎是互相平行的直線運動）一般將截面幾何中心處的h和p作為計算參數為簡化計算，可選取與大氣相通的截面為基準2023/1/14水箱側壁有一小孔，自由液面1-1與小孔2-2處的壓力分別為p1和p2，小孔中心到自由液面的距離為h，且h基本不變，不計損失，求水從小孔流出的速度。582023/1/14592023/1/14文丘利流量計602023/1/14612023/1/14計算液壓泵的吸油腔的真空度或液壓泵允許的最大吸油高度。622023/1/14632023/1/144.動量方程：動量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力的方向上的動量的變化率，即

ΣF=d(mV)/dt

流動液體的動量方程：642023/1/14ΣF=ρ(s2-s1)dq/dt+ρqβ2V2-ρqβ1V1

定常流動時，dq/dt=0

ΣF=ρqβ2V2-ρqβ1V1

當液流流速較大且紊流時，動量修正系數β=1652023/1/141.4定常管流的壓力損失計算1.流態(tài)、雷諾數層流：液體質點互不干擾，分層流動（粘性力）紊流：液體質點的運動雜亂無章（慣性力）雷諾數Re：Re=vd/υ（圓管）臨界雷諾數Rec

：液流由紊流轉變?yōu)閷恿鞯睦字Z數。判別：Re<Rec，液流為層流，反之為紊流。物理意義：Re大，慣性力起主導作用，呈紊流；Re小，粘性力起主導作用，呈層流。662023/1/14672023/1/14682023/1/142.液體在直管中流動時的壓力損失計算沿程壓力損失：液體流動時的內、外摩擦力引起。層流時的壓力損失液流在通流截面上的速度分布規(guī)律液體作層流時，通流截面上的速度分布規(guī)律呈旋轉拋物體狀。692023/1/14軸線方向上的力平衡方程:牛頓內摩擦定律：從式中可以看出，層流運動時，在通流截面上的速度分布規(guī)律呈旋轉拋物體狀，且當r=0處（即管中心）流速最大702023/1/14圓管中的流量通過整個通流截面的流量：圓管通流截面上的平均流速為：可見，液體在圓管中作層流流動時，其中心處的最大流速正好等于其平均流速的兩倍，即：712023/1/14沿程壓力損失3.局部壓力損失液體流經如閥口、彎管、通流截面變化等處所引起的壓力損失。（旋渦，撞擊，能量損耗）4.管路系統(tǒng)中的總壓力損失和壓力效率總壓力損失：壓力效率：η=p1/pp=(pp-ΣΔp)/pp=1-ΣΔp/pp722023/1/141.5孔口和縫隙流動一、孔口液流特性

液體流經孔口時要產生局部壓力損失,系統(tǒng)發(fā)熱,油液粘度下降,系統(tǒng)的泄漏增加.薄壁小孔的流量（紊流）薄壁小孔：l/d≤0.5細長小孔的流量（層流）細長孔:l/d>4

q=KA⊿pm0.5≤m≤1732023/1/14二、縫隙液流特性泄漏的分類：內泄漏、外泄漏泄漏的原因：壓力差、間隙油液在間隙中的流動狀態(tài)通常為層流（一）平行平板的間隙流動微小單元體力平衡方程:pdy+(τ+dτ)dx=(p+dp)dy+τdx742023/1/141、固定平行平板間隙流動（壓差流動）2